JP5192264B2 - 気泡有無判定方法および分注装置 - Google Patents

Description

本発明は、分注装置における配管内の気泡の有無の判定を行う気泡有無判定方法および分注装置に関するものである。

従来から、分析装置において検体または試薬を含む液体試料を分注する際に使用する分注装置は、給排ポンプによって配管内の液体、例えば、洗浄液を吸引または排出することによって配管に接続された分注ノズルから液体試料を吸引し、吸引した液体試料を所定位置に吐出して分注を行っている。この場合、分注装置は、洗浄液中に気泡が混入すると、気泡によって液体試料の分注精度が低下する。このため、分注装置は、配管に脱気した洗浄液を満たしている。

しかし、分注を長時間に亘って行った場合、またはメンテナンス等の際に配管に接続された部品類を交換した場合、配管に僅かな気泡が混入することがある。このような場合、気泡を発見することは容易ではないことから、気泡が混入した状態の分注装置を使用してしまい、結果的に分注精度が低下した状態で分注動作を行って分析してしまうという問題点があった。

そこで、この問題を解決するために、配管内の気泡の存在を検出する機能を備えた分注装置が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００３−２５４９８２号公報

しかしながら、配管内の気泡の存在を検出する機能を備えた従来の分注装置は、検体の分注後に気泡の存在を告知するアラームを発することから、事前に気泡の存在を知ることができず、低下した分注精度に起因した再検査の実施を余儀なくされ、この再検査の実施に伴って分析時間が長くなるという問題点があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、分注前に確実に気泡の存在を知ることができる気泡有無判定方法および分注装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、分注ノズルを接続した配管内に液体を充填し、該配管内で前記液体を移動させることによって前記分注ノズルから検体または試薬を含む液体試料を吸引し、吸引した液体試料を吐出して分注を行う分注装置における前記配管内の気泡有無判定方法であって、前記配管内の圧力を検出する検出ステップと、前記検出ステップによって検出した圧力波形を時間軸に沿って複数区間に区分した各圧力波形の傾きを算出する算出ステップと、前記算出ステップによって算出した各圧力波形の傾きが、各区間毎に予め求められた気泡不存在時の傾きの範囲外である区間の数に基づいて、前記配管内における気泡の有無を判定する判定ステップと、を含むことを特徴とする気泡有無判定方法を特徴とする。

また、本発明にかかる分注装置における配管内の気泡の有無判定方法は、上記の発明において、前記判定ステップは、前記区間の数が１以上の場合に前記配管内に気泡が有ると判定することを特徴とする。

また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の分注装置は、分注ノズルを接続した配管内に液体を充填し、該配管内で前記液体を移動させて前記分注ノズルから検体または試薬を含む液体試料を吸引し、吸引した液体試料を吐出して分注を行う分注装置であって、前記配管内の圧力を検出する検出手段と、検出した圧力波形を時間軸に沿って複数区間に区分した各圧力波形の傾きを算出する算出手段と、前記算出手段が算出した各圧力波形の傾きが、予め求められた気泡不存在時の傾きの範囲外である区間の数に基づいて、前記配管内における気泡の有無を判定する判定手段と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる分注装置は、上記の発明において、前記判定手段は、前記区間の数が１以上の場合に前記配管内に気泡が有ると判定することを特徴とする。

配管内の圧力を検出し、検出した圧力波形を時間軸に沿って複数区間に区分した各圧力波形の傾きを算出後、算出した各圧力波形の傾きが、各区間毎に予め求められた気泡不存在時の傾きの範囲外である区間の数に基づいて、配管内における気泡の有無を判定するようにしているので、分注前に確実に気泡の存在を知ることができるという効果を奏する。

以下、図面を参照して、本発明の分注装置における配管内の気泡の有無判定方法および分注装置にかかる好適な実施の形態について説明する。なお、この実施の形態により発明が限定されるものではない。また、図面の記載においては、同一の部分には同一の符号を付している。

図１は、この発明の実施の形態にかかる分注装置の構成を示すブロック図である。この分注装置１は、たとえば、検体または試薬を含む液体試料を吸引し、吸引した液体試料を吐出して分注を行うものである。分注装置１は、図１に示すように、分注ノズル１１、分注ポンプ１３、圧力センサ１６、洗浄液ポンプ１８および制御機構３０を備える。

分注ノズル１１は、ステンレス等によって棒管状に形成されたものからなり、ノズル駆動部１２によって、図中矢印Ｘで示す水平方向および矢印Ｙで示す垂直方向に移動する。また、位置Ｐ１、位置Ｐ２および位置Ｐ３の位置にそれぞれ対応して、検体４０ａが入った検体容器４０、検体４０ａが吐出される反応容器４１、および脱気水Ｗａが吐出される洗浄容器４２が配置される。

分注ポンプ１３は、シリンジポンプで実現され、配管１５を介して分注ノズル１１、配管１５内の圧力を検出する圧力センサ１６、および洗浄液Ｗａの流量を調整する電磁弁１７に接続されている。分注ポンプ１３は、プランジャ駆動部１４によるプランジャ１３ａの往復動によって、分注ノズル１１内に検体４０ａを吸引し、反応容器４１に吸引した検体４０ａを吐出する。プランジャ駆動部１４は、制御部３１による制御のもと、プランジャ１３ａの移動量等を制限する。一方、電磁弁１７には、別の配管２０が接続され、この配管２０の他端は、洗浄液Ｗａの供給を洗浄液ポンプ１８に接続されている。さらに、洗浄液ポンプ１８には、別の配管２１が接続され、この配管２１の他端は、洗浄液Ｗａを収容する洗浄液タンク１９に達している。

圧力センサ１６は、配管１５内の圧力を検出し、検出したアナログの圧力信号を制御部３１に出力する。

洗浄液ポンプ１８は、洗浄液タンク１９に貯蔵され、洗浄液Ｗａを吸い上げ、圧力センサ１６との間に設けた電磁弁１７を介して配管１５内に洗浄液Ｗａを供給する。ここで、電磁弁１７は、制御部３１の制御のもと、吸い上げた洗浄液Ｗａを配管１５内に供給する場合には開かれ、分注ポンプ１３によって分注ノズル１１が検体４０ａを吸引または吐出する場合には閉じられる。なお、洗浄液Ｗａは、脱気されたイオン交換水または蒸留水等の非圧縮性流体である。

制御機構３０は、制御部３１、入力部３２、気泡判定部３３、記憶部３４および出力部３５を備える。ノズル駆動部１２、プランジャ駆動部１４、圧力センサ１６、電磁弁１７、洗浄液ポンプ１８、および制御機構３０内の上述した各部は、制御部３１に接続されて制御される。

制御部３１は、ＣＰＵ等を用いて構成され、分注装置１の各部の処理および動作を制御する。制御部３１は、これらの各構成部位に入力される情報について所定の入出力制御を行い、かつ、この情報に対して所定の情報処理を行う。

入力部３２は、キーボード、マウス、入出力機能を備えたタッチパネル等を用いて実現され、検体を分注するために必要な指示情報等が入力される。また、入力部３２は、図示しない通信ネットワークを介して制御部３１への指示情報を取得し、送信するようにしてもよい。

気泡判定部３３は、処理部３３ａ、検出部３３ｂ、算出部３３ｃおよび判定部３３ｄを有する。処理部３３ａは、圧力センサ１６から出力される圧力信号を増幅し、増幅した圧力信号に基づいてデジタル信号に変換処理し、具体的にはＡ／Ｄ変換器等によって実現される。検出部３３ｂは、処理部３３ａによってデジタル信号に変換された圧力信号から配管１５内の圧力を検出する。算出部３３ｃは、検出部３３ｂが検出した圧力信号が示す圧力波形を時間軸に沿って複数区間に区分した各圧力波形の傾き算出する。判定部３３ｄは、検出部３３ｂが算出した傾きが、予め求められた気泡不存在時の傾きの範囲外である区間の数に基づいて、配管１５内における気泡の有無を判定する。

記憶部３４は、情報を磁気的に記憶するハードディスクと、分注装置１が処理を実行する際にその処理にかかる各種プログラムをハードディスクからロードして電気的に記憶するメモリとを用いて実現される。また、記憶部３４は、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＰＣカード等の記録媒体に記録された情報を読み取ることができる補助記憶装置を備えてもよい。また、記憶部３４は、予め求められた所定区間毎の気泡不存在時の傾きを記憶している。出力部３５は、ディスプレイ、プリンタおよびスピーカ等を用いて構成され、各種情報を出力する。

以上のように構成される分注装置１は、制御部３１の制御のもと、洗浄液ポンプ１８によって洗浄液タンク１９から洗浄液Ｗａを吸引し、電磁弁１７を開いて、配管１５、分注ポンプ１３および分注ノズル１１に洗浄液Ｗａを供給し充填する。その後、制御部３１は、電磁弁１７を閉じて洗浄液ポンプ１８の動作を終了し、プランジャ駆動部１４を駆動させ、洗浄液Ｗａで分注ノズル１１内部の洗浄を行い、位置Ｐ３に配置された洗浄容器４２に洗浄液Ｗａを吐出する。その後、制御部３１は、分注ノズル１１内の先端に所定量の空気を吸引し、ノズル駆動部１２による駆動のもと、位置Ｐ１に配置された検体容器４０に分注ノズル１１を移送し、分注ノズル１１内に検体４０ａを吸引する。その後、制御部３１は、検体容器４０に分注ノズル１１が吸引した検体４０ａを僅かに吐出し、ノズル駆動部１２の駆動のもと、位置Ｐ２に配置された反応容器４１に分注ノズル１１を移送し、分注ノズル１１内の検体４０ａを吐出する。これにより、検体容器４０から反応容器４１に１つの検体４０ａを分注する一連の分注作業が完了する。なお、分注ノズル１１の先端部で検体４０ａを吸引または吐出する場合、検体４０ａと洗浄液Ｗａとの間には空気層が介在するため、検体４０ａが洗浄液Ｗａと混合することがない。

つぎに、図２を参照して、圧力センサ１６によって検出される配管１５内の圧力波形について説明する。この圧力波形Ｗは、分注装置１が検体を分注する際の配管１５内の圧力変化を圧力センサ１６の出力電圧によって示したものである。なお、図２において、横軸は時間（秒）であり、左縦軸は、圧力センサ１６が出力する圧力信号の出力電圧（Ｖ）であり、右縦軸は、制御部３１からプランジャ駆動部１４に出力される分注ポンプ１３内のプランジャ１３ａを駆動する駆動信号Ｓの駆動電圧（Ｖ）である。

図２に示すように、圧力波形Ｗは、分注ノズル１１内部の洗浄時の圧力波形Ｗ１、洗浄液Ｗａの吐出時の圧力波形Ｗ２、分注ノズル１１内の先端に所定量の空気吸引時の圧力波形Ｗ３、分注ノズル１１内に所定量の検体吸引時の圧力波形Ｗ４、検体容器４０に分析の必要な量よりも少し多めに吸引した分注ノズル１１内の余分量の吐出時の波形Ｗ５、反応容器４１に吸引した分注ノズル１１内の検体吐出時の圧力波形Ｗ６が順次現れたものとなる。

ここで、図３は、圧力波形Ｗ３を模式的に拡大したものであり、配管１５内の洗浄液Ｗａ中に気泡が存在しない場合を示し、この場合、２つの大きな山を形成する波形となっている。これに対し、洗浄液Ｗａ中に気泡が存在すると、気泡によって圧力の伝達が遅くなるため、圧力変化が緩慢になり、圧力波形Ｗ３は、図４に示すように１つの大きな山のみを形成する圧力波形Ｗ２１となる。図４に示した圧力波形Ｗ２１は、洗浄液Ｗａ中に存在する気泡の量が多い場合であり、気泡の量が少なくなるに従って、図３に示した圧力波形Ｗ２に近づく。

そこで、この実施の形態では、図５に示すように、圧力波形Ｗ２の区間を時間軸で複数の区間Ａ１〜Ａ８に区切り、各区間Ａ１〜Ａ８において、気泡が存在しないときの圧力波形Ｗ２の基準傾きＫ１〜Ｋ８と、圧力センサ１６によって検出された圧力波形の各区間の傾きとをそれぞれ比較し、各区間の傾きが、各基準傾きＫ１〜Ｋ８から所定の傾き範囲を超えた区間の数を計数し、この計数値が１以上である場合に、配管１５内に気泡が存在すると判定するようにしている。

具体的には、図５に示すように、気泡が存在しない圧力波形Ｗ２に対応して所定のサンプリング時点ｔ１〜ｔ９によって区切られる区間Ａ１〜Ａ８を設定し、気泡が存在しない圧力波形Ｗ２に対応した各区間Ａ１〜Ａ８の基準傾きＫ１〜Ｋ８を設定しておく。このサンプリング時点ｔ１〜ｔ９は、たとえば、圧力波形Ｗ２の極大点や極小点に対応付けておくことが好ましい。圧力センサ１６によって求められた圧力信号は、処理部３３ａによってデジタルの圧力電圧値に変換され、検出部３３ｂは、各サンプリング時点ｔ１〜ｔ９の圧力電圧値Ｃ１〜Ｃ９を検出し、算出部３３ｃが、各区間Ａ１〜Ａ８の傾きＫＫ１〜ＫＫ８を算出する。たとえば、区間Ａ１の傾きＫＫ１は、ＫＫ１＝（Ｃ２−Ｃ１）／（ｔ２−ｔ１）によって求められる。

判定部３３ｄは、各傾きＫＫ１〜ＫＫ８から各基準傾きＫ１〜Ｋ８を減算し、減算結果が所定の絶対値範囲内である場合に、「○」の判定をし、所定の絶対値範囲外である場合に「×」の判定をし、「×」の判定が１以上あった場合に、配管１５内に気泡が存在すると判定するようにしている。たとえば、図５では、全区間Ａ１〜Ａ８が「○」の判定であり、配管１５内に気泡が存在しないと判定出力する。一方、図６では、区間Ａ３〜Ａ６が「×」の判定があり、「×」の判定が１以上であるので、配管１５内に気泡が存在すると判定出力する。

ここで、図７に示すフローチャートを参照して、気泡判定部３３による配管１５内の気泡の有無判定処理手順について説明する。図７において、まず、分注装置１は、分析装置立上げ時における分注開始前のチェックに際し、制御部３１の制御のもと、分注ポンプ１３を駆動し、内部の洗浄が済んだ分注ノズル１１から位置Ｐ３の洗浄容器４２に洗浄液Ｗａを吐出するが、処理部３３ａは、このときに圧力センサ１６が検出する圧力波形をデジタル信号に変換し、この変換されたデジタル信号をもとに、検出部３３ｂが、圧力波形を検出する（ステップＳ１０１）。

その後、算出部３３ｃは、検出部３３ｂが検出した圧力波形をもとに各区間Ａ１〜Ａ８毎の傾きを算出する（ステップＳ１０２）。その後、判定部３３ｄは、各区間Ａ１〜Ａ８毎に算出した傾きＫＫ１〜ＫＫ８と、予め求められた気泡が存在しない時の基準傾きＫ１〜Ｋ８とをそれぞれ比較し、傾きＫＫ１〜ＫＫ８が、予め求められた基準傾きＫ１〜Ｋ８から所定の傾き範囲外である区間の数に基づいて配管１５内に気泡の有無を判定する（ステップＳ１０３）。具体的は、所定の傾き範囲外となった区間の数が１以上である場合に配管１５内に気泡が存在すると判定する。気泡が存在しないと判定された場合（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、本処理を終了する。この場合、判定部３３ｄは、制御部３１を介して、出力部３５に配管１５内に気泡がない旨の表示等の出力を行ってもよい。この判定作業の終了により、分注装置１は、検体または試薬を含む液体試料の分注を開始する。

一方、気泡が存在すると判定された場合（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、判定部３３ｄは、泡抜き回数が設定回数以下であるか否かを判断する（ステップＳ１０４）。泡抜き回数が設定回数以上の場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、この場合は、泡抜き動作にもかかわらず配管１５内に気泡が混入している場合であるから、ステップＳ１０５に移行し、異常を告知し（ステップＳ１０５）、判定部３３ｄは、制御部３１を介して、出力部３５に配管１５内に気泡がある旨の表示等の出力を行う。

これに対し、泡抜き回数が所定回数以下の場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、泡抜き処理を実行する（ステップＳ１０６）。この泡抜き処理は、電磁弁１７に制御信号を出力して弁を開き、洗浄液ポンプ１８を駆動して洗浄液タンク１９内の洗浄液Ｗａを配管１５内に供給することによって実行される。この泡抜き処理によって、配管１５内に混入している気泡が、洗浄液Ｗａと共に洗浄容器４２に吐出される。その後、判定部３３ｄは、ステップＳ１０１に戻り、上述した配管１５内における気泡の有無判定処理を繰り返す。

この実施の形態では、配管１５内の圧力を圧力センサ１６によって検出すればよいので、配管１５内における気泡の有無判定を分注前に簡単に判定することができる。この結果、分注精度の低い分注に起因する再検査等を実施するための時間を短くすることができ、分析時間の短縮化を図ることができる。

なお、分注装置のメンテナンス後、または長時間に亘って分注作業を停止していた後に分注を再開する場合、環境温度、気圧および些細なリーク等に起因して配管中に気泡が生じることが考えられるため、このような場合にも、この実施の形態による気泡の有無判定処理を実施することが好ましい。

また、上述した実施の形態では、「×」の判定が１以上の場合に、配管１５内に気泡が存在すると判定するようにしていたが、これに限らず、気泡が存在する場合の圧力波形と気泡が存在しない場合の圧力波形との違いの多少によって、「×」の判定数を可変するようにしてもよい。

さらに、上述した実施の形態では、「○」あるいは「×」の判定に所定の傾き範囲を設定するようにしていたが、この傾き範囲に替えて、各区間Ａ１〜Ａ８の傾きが正か負かによって判定するようにしてもよい。たとえば、区間Ａ１の基準傾きＫ１を「正」とした場合、傾きＫＫ１が「正」である場合には、「○」の判定を行い、傾きＫＫ１が「負」である場合に、「×」の判定を行うようにする。これによって判定部３３による判定処理が簡易になる。

また、上述した実施の形態では、区間Ａ１〜Ａ８が同じ時間幅をもっていたが、これに限らず、各区間Ａ１〜Ａ８の時間幅は、気泡の存在しない圧力波形に合わせて異ならせてもよい。

さらに、上述した実施の形態では、洗浄液Ｗａの吐出時の圧力波形Ｗ２をもとに気泡の有無判定を行うようにしていたがこれに限らず、配管１５内に生じる他の圧力波形をもとに、気泡の有無判定を行うようにしてもよい。

本発明の実施の形態にかかる分注装置の構成を示すブロック図である。 圧力センサによって検出された配管内の洗浄液の圧力波形を示す波形図である。 配管内の洗浄液中の気泡が存在しない場合の圧力波形を模式的に拡大した図である。 配管内の洗浄液中の気泡が多く存在する場合の圧力波形を模式的に拡大した図である。 配管内の洗浄液中に気泡が存在しない場合の判定処理を説明する説明図である。 配管内の洗浄液中に気泡が多く存在する場合の判定処理を説明する説明図である。 気泡判定部による配管内の気泡の有無判定処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 分注装置
１１ 分注ノズル
１２ ノズル駆動部
１３ 分注ポンプ
１３ａ プランジャ
１４ プランジャ駆動部
１５,２０,２１ 配管
１６ 圧力センサ
１７ 電磁弁
１８ 洗浄液ポンプ
１９ 洗浄液タンク
３０ 制御機構
３１ 制御部
３２ 入力部
３３ 気泡判定部
３３ａ 処理部
３３ｂ 検出部
３３ｃ 算出部
３３ｄ 判定部
３４ 記憶部
３５ 出力部
４０ 検体容器
４１ 反応容器
４２ 洗浄容器
Ｗａ 洗浄液

Claims (6)

1. 分注ノズルを接続した配管内に液体を充填し、前記配管内で前記液体を移動させることによって前記分注ノズルから検体または試薬を含む液体試料を吸引し、吸引した液体試料を吐出して分注を行う分注装置における前記配管内の気泡有無判定方法であって、前記気泡有無判定方法は、
   前記配管内の圧力を検出する検出ステップと、
   前記検出ステップによって検出された圧力波形に基づいて、時間軸に沿って所定の期間を区分することによって得られる複数の区間のそれぞれについて、検出された圧力波形の傾きを算出する算出ステップと、
   前記複数の区間のそれぞれについて、前記算出ステップによって算出された圧力波形の傾きと予め求められた気泡が存在しない時の基準の傾きとを比較する比較ステップと、
   前記算出ステップによって算出された圧力波形の傾きが、予め求められた気泡が存在しない時の基準の傾きの範囲外である区間の数に基づいて、前記配管内における気泡の有無を判定する判定ステップと
   を含む、気泡有無判定方法。
2. 前記複数の区間は、気泡が存在しない時の圧力波形に合わせて、異なる時間幅を有している、請求項１に記載の気泡有無判定方法。
3. 前記判定ステップは、前記区間の数が１以上の場合に前記配管内に気泡が有ると判定することを含む、請求項１に記載の気泡有無判定方法。
4. 分注ノズルを接続した配管内に液体を充填し、前記配管内で前記液体を移動させることによって前記分注ノズルから検体または試薬を含む液体試料を吸引し、吸引した液体試料を吐出して分注を行う分注装置であって、前記分注装置は、
   前記配管内の圧力を検出する検出手段と、
   前記検出手段によって検出された圧力波形に基づいて、時間軸に沿って所定の期間を区分することによって得られる複数の区間のそれぞれについて、検出された圧力波形の傾きを算出する算出手段と、
   前記複数の区間のそれぞれについて、前記算出手段によって算出された圧力波形の傾きと予め求められた気泡が存在しない時の基準の傾きとを比較する比較手段と、
   前記算出手段によって算出された圧力波形の傾きが、予め求められた気泡が存在しない時の基準の傾きの範囲外である区間の数に基づいて、前記配管内における気泡の有無を判定する判定手段と
   を備えた、分注装置。
5. 前記複数の区間は、気泡が存在しない時の圧力波形に合わせて、異なる時間幅を有している、請求項４に記載の分注装置。
6. 前記判定手段は、前記区間の数が１以上の場合に前記配管内に気泡が有ると判定する、請求項４に記載の分注装置。

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